P A V E L A .

R a di ati o n of p a rti cl e s m o vi n g at a v el o cit y e x c e e di n g

t h at of li g ht, a n d s o m e of t h e p o s si biliti e s f o r t h ei r

u s e i n e x p eri m e nt al p h y si c s

N o bel L e ct u r e, D e c e m b e r 1 1, 1 9 5 8

R e s e a r c h i nt o, a n d t h e e x p e ri m e nt al p r o of of, t h e r e m a r k a bl e p r o p e rti e s of

t h e r a di ati o n a ri si n g f r o m t h e m o v e m e nt i n a s u b st a n c e of f a st el e ct ri c all y

c h ar g e d p arti cl e s str et c h e s o v er a p eri o d of n e arl y t w e nt y-fi v e y e ar s. A s e arl y

a s 1 9 3 4 t w o r e p o rt s w e r e p u bli s h e d - o n e b y S. I. V a vil o v, t h e ot h e r b y m e 1, 2 -

i n w hi c h it w a s i n di c at e d t h at t h e g a m m a r a y s of r a di u m b e si d e s c a u si n g

l u mi ni s c e n c e of s ol uti o n s, al s o c all s f o rt h a vi si bl e, f ai nt li g ht f r o m s ol v e nt s.

I n t h e s e r e p o rt s t h e u ni v e r s al c h a r a ct e r of t hi s li g ht a n d it s u n u s u al p r o p-

erti e s w er e d e s cri b e d a n d t h e c o n vi cti o n e x pr e s s e d t h at t h e n e wl y di s c o v er e d

li g ht c o ul d n ot, i n vi e w of it s p r o p e rti e s, b e a l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n o n at

all.

B y f u rt h e r e x p e ri m e nt s it w a s e st a bli s h e d t h at t hi s li g ht w a s n ot r el e a s e d

di r e ctl y b y t h e g a m m a r a y s, b ut t h r o u g h hi g h- s p e e d C o m pt o n el e ct r o n s

w hi c h a p p e ar u n d er t h e i nfl u e n c e of t h e g a m m a r a y s b y r e a s o n of t h e C o m p-

t o n eff e ct. Att e m pt s t o p r o d u c e a li g ht wit h t h e s a m e p r o p e rti e s b y t h e a cti o n

of X- r a y s ( h v m a x = 3 0 k e V) w e r e wit h o ut r e s ult.

T o b e gi n wit h, o n e mi g ht s u p p o s e t hi s s o rt of li g ht f r o m t h e s ol v e nt t o

b e of n o e s p e ci al i nt er e st, si n c e l u mi n o sit y i s a wi d e s pr e a d p h e n o m e n o n wit h

v e r y diff e r e nt c a u s e s i n s oli d s a s w ell a s fl ui d s. A p a rt f r o m t h e g e n e r all y

k n o w n « cl a s si c al » l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n a o n e c o ul d, f o r e x a m pl e, p oi nt

t o t h e f ai nt li g ht f r o m a ct u all y v e r y « p u r e » fl ui d s w hi c h a ri s e s b y t h e eff e ct

of ult r a vi ol et r a y s3 . M a n y fl ui d s e mit li g ht w h e n st r u c k b y X- r a y s4 . It h a s

e v e n b e e n e st a bli s h e d t h at fl ui d s e mit li g ht b y t h e a cti o n of ult r a s o ni c r a y 5 .

F r o m t h e ti m e of Pi e r r e a n d M a ri e C u ri e n u m e r o u s c a s e s of li g ht e mi s si o n

f r o m fl ui d s a n d s oli d s b y t h e a cti o n of r a di o a cti v e r a di ati o n s h a v e b e e n

k n o w n 6 .

A s a r ul e, li g ht e mi s si o n s of t hi s ki n d a r e n ot hi n g el s e t h a n t h e u s u al

l u mi n e s c e n c e a n d, i n t h e c a s e of t h e s o- c all e d « p u r e » fl ui d s, a r e p r o d u c e d

b y t h e p r e s e n c e of ti n y q u a ntiti e s of a d mi xt u r e s c a p a bl e of l u mi n e s c e n c e.

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 2 7

H e n c e w e w e r e i n cli n e d t o t hi n k t h at t hi s li g ht p r o d u c e d b y t h e g a m m a

r a y s w a s o n e of t h e m a n y l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n a. Pi e r r e a n d M a ri e C u ri e

t h o u g ht s o a n d t h e y w e r e i n c o nt e st a bl y a m o n g t h e fi r st t o o b s e r v e t hi s ki n d

of li g ht, at a n y r at e u n d e r c o n diti o n s w h e r e it w a s f ai rl y h e a vil y m a s k e d b y

t h e o r di n a r y l u mi n e s c e n c e.

Ot h e r o b s e r v e r s l at e r t o o k t h e s a m e vi e w, a m o n g t h e m M all et 7 , w h o h a d

n ot o nl y o b s e r v e d t hi s li g ht p h e n o m e n o n b ut h a d e v e n p h ot o g r a p h e d it s

s p e ct r u m.

H o w e v e r, a m o r e d et ail e d q u a ntit ati v e i n v e sti g ati o n of t hi s li g ht p r o c e s s

e n a bl e d u s t o fi n d a r a n g e of p r o p e rti e s s o r e m a r k a bl e a s t o aff o r d i n c o n-

t r o v e rti bl e p r o of t h at h e r e w e w e r e d e ali n g wit h n o o r di n a r y e v e r y d a y

l u mi n e s c e n c e, b ut wit h a p h e n o m e n o n of a n e nti r el y n e w ki n d; a n d o n e of

e xt r a o r di n a r y i nt e r e st n ot o nl y o n a c c o u nt of it s si g nifi c a n c e i n p ri n ci pl e b ut

al s o i n r e g a r d t o t h e m a n y p r a cti c al p o s si biliti e s f o r it s u s e.

It w o ul d n e v e rt h el e s s b e a mi st a k e t o b eli e v e t h at s u c h a c h a r a ct e ri sti c

p h e n o m e n o n h a d n ot b e e n di s c o v e r e d e a rli e r m e r el y t h r o u g h b ei n g a c ci d e n-

t all y « o v erl o o k e d ».

T h e u n u s u al n at u r e of t hi s n e wl y di s c o v e r e d p h e n o m e n o n c o ul d o nl y b e

i n v e sti g at e d b y w a y of q u a ntit ati v e d et e r mi n ati o n of t h e m o st i m p o rt a nt

r a di ati o n c h a r a ct e ri sti c s, a n d b y fi n di n g o ut t h ei r d e p e n d e n c e o n d efi nit e

e x p e ri m e nt al c o n diti o n s.

N o w a d a y s, w h e n r e s e a r c h e r s h a v e at t h ei r di s p o s al p o w e rf ul s o u r c e s of

f a st el e ctri c all y c h ar g e d p arti cl e s a n d v er y s e n siti v e m e a s uri n g d e vi c e s, m e a s-

u r e m e nt s of t hi s ki n d d o n ot i n v ol v e a n y e s p e ci al diffi c ulti e s. B ut a f e w

d e c a d e s a g o, t h e m e a n s a v ail a bl e t o t h e p h y si ci st s w e r e n ot hi n g li k e s o

a d e q u at e. I n t h o s e d a y s a b s ol ut el y t h e o nl y s o u r c e s of el e ct ri c all y c h a r g e d

p arti cl e s a v ail a bl e t o t h e m w er e n at ur al r a di o a cti v e pr e p ar ati o n s w h o s e i nt e n-

sit y w a s f ai rl y w e a k. F o r t hi s r e a s o n t h e i nt e n sit y of t h e li g ht, e v e n i n fl ui d s*

w hi c h h a d h el p e d t o e x cit e it, w a s s o w e a k t h at t h e o b s e r v e r c o ul d o nl y

p e r c ei v e t h e li g ht aft e r h e h a d s p e nt a c e rt ai n ti m e i n c o m pl et e d a r k n e s s.

It i s q uit e cl e ar t h at u n d er s u c h c o n diti o n s t h er e w a s n o q u e sti o n of t h e u s u al

m et h o d s of p h ot o m et r y f o r q u a ntit ati v e d et e r mi n ati o n s.** T o c a r r y o ut

d et e r mi n ati o n s of t hi s ki n d a n e w a n d m u c h m o r e s e n siti v e m et h o d w a s

* R e s e a r c h i nt o t h e a b o v e p h e n o m e n o n w a s c hi efl y u n d e rt a k e n wit h fl ui d s b e c a u s e

fl ui d s ar e e a si er t o p urif y fr o m l u mi n e s c e nt a d mi xt ur e s. Wit h fl ui d s it i s e a si er t o c h a n g e

s u c h p a r a m et e r s a s vi s c o sit y, r ef r a cti v e i n d e x, d e n sit y, et c. M o r e o v e r, i n t hi s c a s e t h e

e x p eri m e nt s i n q u e n c hi n g t h e l u mi n e s c e n c e b e c o m e m u c h si m pl er.

* * W e m u st r e m e m b er t h at at t h at ti m e p h ot o m ulti pli er s h a d n ot y et b e e n d e v el o p e d.

4 2 8 1 9 5 8

n e c e s s a r y. I n t h e P h y si c al I n stit ut e of t h e A c a d e m y of S ci e n c e s of t h e

U. S. S. R. w h e r e t hi s p h e n o m e n o n w a s di s c o v e r e d w e m a d e u s e of t h e m et h-

o d of vi s u al p h ot o m et r y d e p e n di n g o n t h e t h r e s h ol d vi si o n d e v el o p e d s h o rt-

l y b ef o r e b y E. M. B r u m b e r g a n d S. I. V a vil o v8 , ot h e r wi s e c all e d t h e q u e n c h-

i n g m et h o d. T hi s m et h o d m a k e s u s e of t h e h u m a n e y e i n st e a d of a li g ht-

m e a s uri n g d e vi c e*. Si n c e t h e s e n siti vit y of a n e y e a d a pt e d t o d a r k n e s s i s

s o m e t e n s of t h o u s a n d s of ti m e s g r e at e r t h a n it s s e n siti vit y b y d a yli g ht, t hi s

m et h o d w a s s u p e ri o r t o ot h e r s b y vi rt u e of it s hi g h e r s e n siti vit y. N ot wit h-

st a n di n g it s s u bj e cti vit y a n d t h e c o m p a r ati v el y l a r g e e r r o r s i n t h e m e a s u r e-

m e nt s, t hi s m et h o d w a s at t h e ti m e t h e o nl y o n e t h at c o ul d b e u s e d w hi c h

p e r mitt e d a q u a ntit ati v e d et e r mi n ati o n of t h o s e e xt r e m el y l o w li g ht i nt e n-

siti e s.

It i s of f u n d a m e nt al i m p o rt a n c e t o n oti c e t h at it w a s o nl y t h e t r a n siti o n

t o q u a ntit ati v e d et e r mi n ati o n s w hi c h p e r mitt e d t h e u n u s u al att ri b ut e s of t h e

r a y s i n q u e sti o n t o b e d e m o n st r at e d a n d h e n c e t h ei r p a rti c ul a r o ri gi n t o b e

s h o w n.

It h a s al r e a d y b e e n i n di c at e d t h at t h e fi r st h y p ot h e si s, a n d t h e m o st c r e d-

i bl e of all r e g a r di n g t hi s li g ht, att ri b ut e d it t o a l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n o n.

N o w t h e c o r r e ct n e s s of t hi s a s s u m pti o n c o ul d o nl y b e c o nfi r m e d if it c o ul d

b e p r o v e d e x p e ri m e nt all y t h at o nl y t h o s e c h a r a ct e ri sti c s p r o p e r t o l u mi n e s-

c e n c e w e r e p r e s e nt i n t hi s li g ht.

T h e r e i s i n d e e d a l a r g e n u m b e r of l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n a w hi c h a r e

di sti n g ui s h a bl e f r o m o n e a n ot h e r b y t h e e x cit e m e nt m et h o d, b y t h e fl u o r e s-

c e nt lif eti m e, b y t h e c h a r a ct e r of t h e s p e ct r u m, b y t h e p r o p e rti e s of t h e

l u mi n e s c e nt s u b st a n c e s, a n d b y ot h e r p e c uli a riti e s. I n t h e c a s e i n w hi c h w e

a r e i nt e r e st e d it i s n ot a q u e sti o n si m pl y of e st a bli s hi n g t h e p r e s e n c e o r a b-

s e n c e of l u mi n e s c e n c e c h a r a ct e ri sti c s; b ut it i s i m p o rt a nt t o d et e r mi n e f e a-

t u r e s w hi c h c h a r a ct e ri z e a l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n o n a s s u c h u n e q ui v o c all y

a n d u ni v er s all y.

O n e of t h e s e u ni v e r s al c h a r a ct e ri sti c s of l u mi n e s c e n c e i s, a s S. I. V a vil o v

h a s i n di c at e d, t h e t ot al d u r ati o n of t h e e x cit e d st at e ( τ > 1 0 - 1 0 s e c). T hi s

p r o p e rt y of l u mi n e s c e n c e p e r mit s of i nfl u e n ci n g t h e d yi n g- o ut p r o c e s s. W e

c a n, f o r e x a m pl e, r e d u c e it s b ri g ht n e s s c o n si d e r a bl y o r, i n ot h e r w o r d s,

* T h e q u e n c hi n g m et h o d, w hi c h i s n o w o nl y of hi st o ri c al i nt e r e st, d e p e n d s o n t h e

f oll o wi n g p r o p e rti e s of t h e h u m a n e y e:

( a) T h e f a ct of a vi s u al t h r e s h ol d.

( b) T h e p e r m a n e n c e of t h e e n e r g y t h r e s h ol d r el ati v e t o o n e a n d t h e s a m e o b s e r v e r

( w h e n t h e c o n diti o n s a r e c o n st a nt).

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 2 9

« q u e n c h » t h e l u mi n e s c e n c e eit h er b y h e ati n g t h e l u mi n e s c e nt s ol uti o n or b y

a d di n g m at e ri al s w hi c h a r e a bl e t o q u e n c h t h e l u mi n e s c e n c e. I n b ot h c a s e s

t h e r e f oll o w s a r e d u cti o n of l u mi n e s c e n c e a s a r e s ult of t h e e x cit e d p a rti cl e s

gi vi n g u p e n e r g y t o t h o s e n ot e x cit e d, a n d b y t h e c o n s e q u e nt t r a n sf o r m ati o n

of e n e r g y i nt o t h e r m al e n e r g y.

Li k e wi s e, t h e p ol a ri z ati o n of t h e l u mi n e s c e n c e c a n b e alt e r e d a s o n e i n-

fl u e n c e s t h e m o bilit y of t h e p a rti cl e s, e. g. b y h e ati n g.

S uit a bl e e x p e ri m e nt s h a v e, h o w e v e r, s h o w n t h at t h e i nt e n sit y of t h e li g ht

of fl ui d s c a n n ot b e i nfl u e n c e d eit h e r b y h e ati n g o r b y di s s ol vi n g i n t h e m

s u c h a cti v e fl u o r e s c e n c e q u e n c h e r s a s p ot a s si u m i o di d e, sil v e r nit r at e, a n d

m a n y ot h e r s. It h a s al s o b e e n s h o w n t h at t h e p e r c e pti bl e p ol a ri z ati o n w hi c h

a p p e ar s i n t hi s li g ht c a n n ot b e alt er e d eit h er. It i s of f u n d a m e nt al si g nifi c a n c e

t h at e x p e ri m e nt s ai m e d at q u e n c hi n g t h e fl u o r e s c e n c e of u n d o u bt e d fl u o r e s-

c e nt s ol uti o n s ( a s, f o r e x a m pl e, t h e a q u e o u s s ol uti o n of a e s c uli n), c a r ri e d o ut

p ar all el a n d u n d er t h e s a m e c o n diti o n s, s h o w e d i n all c a s e s a vi si bl e q u e n c h-

i n g eff e ct.

T h e s e r e s ult s p r o v e a p r a cti c all y i n e rti o nl e s s c h a r a ct e r of t h e d yi n g- o ut

p r o c e s s a n d e x cl u d e d t h e h y p ot h e si s of a l u mi n e s c e n c e p h e n o m e n o n. C o n-

fi r m ati o n w a s f o rt h c o mi n g al s o i n t h e u n u s u al c h a r a ct e r of t h e p ol a ri z ati o n

of t hi s li g ht. T h e m ai n di r e cti o n of t h e v e ct o r of t h e el e ct ri c vi b r ati o n s di d

n ot r u n p e r p e n di c ul a rl y t o t h e e x citi n g b e a m, a s i s t h e c a s e wit h p ol a ri z e d

fl u o r e s c e n c e, b ut p a r all el t o it.

T a k e n all t o g et h e r, t h e r e s ult s c oll e ct e d e v e n d u ri n g t h e fi r st st a g e c o n s e-

q u e ntl y g a v e ri s e t o t h e st at e m e nt t h at t h e li g ht p r o d u c e d i n fl ui d s b y t h e

a cti o n of g a m m a r a y s i s n ot a t ri vi al p h e n o m e n o n. B ut t h e s e f a ct s w e r e n ot

s uffi ci e nt f o r u s t o b uil d a n i n c o nt e st a bl e t h e o r y o n t hi s b a si s. T hi s p r o bl e m

w a s s ol v e d s o m e w h at l at e r aft e r t h e di s c o v e r y i n 1 9 3 6 of a n e w e s p e ci all y

r e m a r k a bl e p r o p e rt y of t hi s r a di ati o n, n a m el y it s p r o n o u n c e d a s y m m et r y.

It b e c o m e s a p p a r e nt t h at t h e li g ht e x hi bit s a g r o s sl y m a r k e d s p ati al a s y m-

m et r y. T hi s r a di ati o n i s o nl y e mitt e d f o r w a r d s i n o n e di r e cti o n w hi c h f o r m s

a c e rt ai n a n gl e wit h t h e e x citi n g g a m m a- r a y b e a m.

T h e i n v e sti g ati o n of t hi s f u n d a m e nt al p r o p e rt y of t h e r a di ati o n p r o v e d

t o b e a d e ci si v e st e p t o w a r d s cl a rif yi n g t h e t r u e p h y si c al n at u r e of t hi s

p h e n o m e n o n a n d p r o p o u n di n g a t h e o r y. W e o w e t h e f o r m ati o n of t hi s

t h e o r y t o I. M. F r a n k a n d I. E. T a m m 1 1 .

T hi s t h e o r y p r o c e e d s f r o m t h e f a ct t h at t h e li g ht d e s c ri b e d i s p r o d u c e d

b y t h e el e ctr o n s w hi c h m o v e u nif or ml y i n t h e s u b st a n c e at a s p e e d e x c e e di n g

t h e p h a s e v el o cit y of li g ht i n t hi s m e di u m.

4 3 0 1 9 5 8

It i s a n i nt e r e sti n g f a ct t h at a s e a rl y a s 1 9 0 1 L o r d K el vi n 1 2 m ai nt ai n e d t h at

t h e e mi s si o n of p a rti cl e s w a s p o s si bl e at a s p e e d g r e at e r t h a n t h at of li g ht.

S o m e w h at l at e r, i n 1 9 0 4 t o 1 9 0 5, s h o rtl y b ef o r e t h e t h e o r y of r el ati vit y

c a m e i nt o b ei n g, S o m m e rf el d 1 3 s u b mitt e d t h e h y p ot h eti c al c a s e of t h e m o v e-

m e nt of a n el e ct r o n at a s p e e d g r e at e r t h a n t h at of li g ht i n a v a c u u m t o a

t h e or eti c al st u d y.

B ut t h e c o mi n g of t h e t h e o r y of r el ati vit y w hi c h affi r m s t h at m at e ri al

b o di e s a r e u n a bl e t o m o v e at t h e s p e e d of li g ht, still l e s s t o e x c e e d it, o v e r-

s h a d o w e d S o m m e rf el d’ s c o n cl u si o n s w hi c h s e e m e d l e s s t o t h e p u r p o s e.

It i s, s e e mi n gl y, t o t hi s ci r c u m st a n c e t h at w e m a y t o s o m e e xt e nt a s c ri b e

t h e c o m pl et e n e gl e ct of t h e p r o bl e m of t h e m o v e m e nt of el e ct ri c all y c h a r g e d

p a rti cl e s i n a s u b st a n c e, b e c a u s e it c o ul d n ot b e r e c o n cil e d wit h t h e t h e o r y of

r el ati vit y.

I n t h e c a s e of t h e m o v e m e nt of t h e c h a r g e i n a s u b st a n c e, v el o citi e s e x-

c e e di n g t h at of li g ht a r e p o s si bl e wit h o ut i n a n y w a y c o nt r a di cti n g t h e t h e-

o r y of r el ati vit y.

T hi s f a ct i s e x pl ai n e d t h u s: T h e s p e e d of pr o p a g ati o n of t h e li g ht w a v e s i n a

s u b st a n c e diff e r s f r o m t h e s p e e d of li g ht i n a v a c u u m b y t h e p o w e r n, w h e r e

n i s t h e r ef r a cti v e i n d e x of t h e m e di u m i n w hi c h t h e m o v e m e nt s t a k e s pl a c e.

A s f o r vi si bl e li g ht n > 1 a n d a s t h e s p e e d of t h e p r o p a g ati o n of t h e li g ht

w a v e s i n t h e m e di u m i s e q u al t o c/ n , t hi s will c o n s e q u e ntl y b e s m all e r t h a n

t h e v el o cit y of li g ht i n t h e v a c u u m c .

O n t h e ot h e r h a n d it h a s b e e n k n o w n f o r a l o n g ti m e t h at t h e v el o cit y

of t h e b et a p a rti cl e s e mitt e d f r o m r a di o a cti v e s u b st a n c e s c a n c o m e v e r y n e a r

t o t h e v el o cit y of li g ht c . I n t h ei r m o v e m e nt i n a s u b st a n c e t h e s e p a rti cl e s

c a n p o s s e s s a s p e e d w hi c h i s gr e at er t h a n t h at of li g ht i n t hi s s u b st a n c e ( c/ n)

w hil e y et r e m ai ni n g l e s s t h a n c , i n c o m pl et e a g r e e m e nt wit h t h e r e q ui r e-

m e nt s of t h e t h e o r y of r el ati vit y. H e n c e t h e m o v e m e nt of p a rti cl e s at a s p e e d

g r e at e r t h a n t h at of li g ht i s n ot o nl y p o s si bl e i n p ri n ci pl e b ut c a n al s o b e

o bt ai n e d e x p e ri m e nt all y.

W hil e w e a c c e pt t h at t h e v el o cit y of a n el e ct r o n m o vi n g i n t h e m e di u m

e x c e e d s t h at of li g ht, w e c a n al s o, o n t h e b a si s of si m pl e q u alit ati v e e x p e r-

i m e nt s, d et er mi n e t h e pr er e q ui sit e s f or t h e f or m ati o n of t hi s t y p e of r a di ati o n

a n d fi n d o ut a f e w of it s m o st i m p o rt a nt p r o p e rti e s. L et u s a s s u m e t h at a n

el e ct r o n a c hi e v e s a n e q u al m o v e m e nt i n t h e m e di u m i n t h e di r e cti o n of t h e

a xi s z at a s p e e d ν > c/ n At e v e r y p oi nt w hi c h t h e el e ct r o n t o u c h e s a n

el e ct r o m a g n eti c e x cit e m e nt i s s et u p w hi c h i s p r o p a g at e d i n t h e f o r m of a

d el a y e d w a v e f r o m t h e s e p oi nt s.

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 3 1

If w e c o n si d e r t h e c o m p o n e nt s of a c e rt ai n f r e q u e n c y ω of t h e w a v e s

i s s ui n g f r o m t h e v a ri o u s p oi nt s at a n a n gl e Q t o t h e p at h of t h e el e ct r o n

Fi g. I . M e c h a ni s m of r a di ati o n.

( s e e Fi g. I), it i s e a s y t o s ati sf y o u r s el v e s t h at i n all di r e cti o n s e x c e pt t h at i n

w hi c h

V t C O S = t c o s = n ( 1)

t h e w a v e s a r e q u e n c h e d t h r o u g h i nt e rf e r e n c e. O n t h e c o nt r a r y, i n t h e di r e c-

ti o n w hi c h s ati sfi e s c o n diti o n (I) t h e w a v e s r e a c h t h e o b s e r v e r wit h a n

o pti c al p at h-l e n gt h diff e r e n c e e q u al t o z e r o, a n d a c c o r di n gl y t h e r a di ati o n

will o nl y r e s ult i n t hi s di r e cti o n.

T hi s r a di ati o n h a s a n a n al o g y i n a c o u sti c s i n t h e f o r m of t h e s o- c all e d

s h o c k w a v e s p r o d u c e d b y a p r oj e ctil e o r a n a e r o pl a n e t r a v elli n g at a n ult r a-

s o ni c v el o cit y ( M a c h w a v e s). A s u rf a c e a n al o g y i s t h e g e n e r all y k n o w n

b o w w a v e.

F r o m E q. ( I), w hi c h r e p r e s e nt s o n e of t h e m o st vi si bl e r e s ult s of t h e t h e-

o r y of T a m m a n d F r a n k, it f oll o w s t h at it i s p o s si bl e f o r t h e r a di ati o n t o b e

p r o d u c e d o nl y u n d e r t h e c o n diti o n > I, i. e. w h e n t h e v el o cit y of t h e

p a rti cl e ν e x c e e d s t h e v el o cit y of li g ht c/ n.

C o n s e q u e ntl y, t h e e q u ati o n = I e x p r e s s e s t h e e n e r g eti c t h r e s h ol d of

t h e r a di ati o n. T h e q u a ntit y E o of t hi s t h r e s h ol d i s d et e r mi n e d b y t h e r ef r a c-

ti o n c o effi ci e nt n. Si n c e it i s n ot di r e ctl y t h e e n e r g y of t h e p a rti cl e t h at i s

4 3 2 1 9 5 8

r e q ui r e d f o r t h e d et e r mi n ati o n of t hi s t h r e s h ol d, b ut it s v el o cit y, it i s t h e r e-

f o r e o b vi o u s t h at E o i s al s o d e p e n d e nt o n t h e m a s s of t h e p a rti cl e.

T o ill u st r at e t h e a b o v e, t h e f oll o wi n g T a bl e I s h o w s t h e v al u e s of t h e

t h r e s h ol d e n e r g y E o f o r el e ct r o n s, z- m e s o n s a n d p r ot o n s, gi v e n t h r e e dif-

f e r e nt v al u e s f o r n.

T a bl e I .

T h res h ol d e ner g y i n Me V

T y p e of p arti cles n = 1. 3 n = 1 . 5 n = 2 . 0

b = 0. 7 6 9 b = 0. 6 7 b = 0. 5 0

El e ct r o n s 0. 2 9 0 . 2 0. 0 7 8

7 9. 0 4 7. 0 2 1 . 5

P r ot o n s 5 2 0 3 2 0 1 4 3

T h e t h e o r eti c al i nt e r d e p e n d e n c e of t h e q u a ntiti e s Q, b, a n d n w hi c h i s

e x pr e s s e d b y t h e r el ati o n s hi p ( I ) w a s t e st e d e x p e ri m e nt all y. T h e r e s ult s o b-

t ai n e d a r e i n c o m pl et e a g r e e m e nt wit h t h e r e q ui r e m e nt s of t h e t h e o r y.

Fi g. 2 i s a di a g r a m of t h e e x p e ri m e nt t o d et e r mi n e t hi s i nt e r d e p e n d e n c e.

Fi g. 2 . Di a g r a m of e x p e ri m e nt t o d et e r mi n e t h e di st ri b uti o n of i nt e n sit y a c c o r di n g

t o a n gl e.

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 3 3

T h e g a m m a- r a y b e a m f all s o n a t hi n- w all e d v e s s el fill e d wit h fl ui d ( A i n

Fi g. 2). W h e n t h e r a di ati o n a ri si n g i n t hi s fl ui d l e a v e s t h e v e s s el it f all s o n

a c o ni c al mirr or a n d i s r efl e ct e d b y t hi s o n t h e o bj e cti v e of a p h ot o gr a p hi c a p-

p a r at u s. T h e l u mi n e s c e n c e - si n c e it e x hi bit s n o a s y m m et ri c al p r o p e rti e s -

p r o d u c e s a pi ct u r e i n t h e f o r m of a cl o s e d ri n g.

O n t h e ot h e r h a n d, t h e r a di ati o n of p a rti cl e s wit h a v el o cit y e x c e e di n g

t h at of li g ht d o e s n ot gi v e a cl o s e d ri n g i n t h e i m a g e b ut t w o p at c h e s wit h

a n a n gl e b et w e e n t h e m e q u al t o 2

a b

Fi g. 3. P h ot o gr a p h of t h e di stri b uti o n of i nt e n sit y a c c or di n g t o a n gl e:( a) or di n ar y l u mi n e s c e n c e ( s ol uti o n of a e s c uli n i n w at er);

( b) li g ht fr o m et h yl ci n n a m at e ( n = 1. 5 8 0 4); ( c) li g ht fr o m w at er ( n = 1. 3 3 7 1).

Fi g. 3 ( c, b) s h o w s e x a m pl e s of s u c h p h ot o g r a p h s f o r t w o p u r e fl ui d s

( w at e r a n d et h yl ci n n a m at e). F o r c o m p a ri s o n, a p h ot o g r a p h i s al s o s h o w n

of t h e l u mi n e s c e n c e of a n a q u e o u s s ol uti o n of a e s c uli n ( Fi g. 3 a).

T h e di st ri b uti o n of a n gl e s of t h e r a di ati o n i nt e n sit y (f o r f o u r fl ui d s)

e st a bli s h e d b y m e a s u r e m e nt s f r o m t h e s e p h ot o g r a p h s a r e s et o ut i n Fi g. 4.

F o r e a c h of t h e s e fl ui d s t w o c u r v e s w e r e pl ott e d c o r r e s p o n di n g t o t h e e x-

cit ati o n of t h e li g ht b y t h e g a m m a r a y s of T h C ” (t h e u p p e r c u r v e s) a n d b y

t h o s e of R a (t h e l o w e r c u r v e s).

F r o m Fi g. 4 it i s e a s y t o d et e r mi n e g r a p hi c all y t h e a n gl e T h e v al u e s

of t hi s a n gl e i n c r e a s e wit h t h e ri s e i n t h e r ef r a cti v e i n d e x n , e x a ctl y a s it

s h o ul d d o i n a c c o r d a n c e wit h t h e t h e o r y. R e s ult s w e r e o bt ai n e d f o r o n e a n d

t h e s a m e fl ui d w hi c h i n e x p e ri m e nt s wit h g a m m a r a y s of T h C ” g a v e hi g h e r

v al u e s of t h a n i n e x p e ri m e nt s u si n g g a m m a r a y s of R a. T hi s diff e r e n c e i n

m e a s u r e m e nt s i n t h e c a s e of a n d s h o w s u s t o u s e E q. (I) t o

d et er mi n e t h e < < eff e cti v e > > v el o cit y of t h e C o m pt o n el e ctr o n s w hi c h i n-

4 3 4

Fi g. 4. Di stri b uti o n of i nt e n sit y a c c or di n g t o a n gl e s f or fl ui d s wit h v ari o u s v al u e sf o r n, o bt ai n e d f r o m t h e p h ot o g r a p h i n Fi g. 3. T h e c u r v e s wit h d a r k p oi nt s ( u p per

c u r v e s) c o r r e s p o n d t o t h e e x cit ati o n of t h e li g ht b y C o m pt o n el e ct r o n s f r o m t h e g a m m ar a y s of T h C ”. F or t h e s e, = 0. 8 6 9 ( cf. E q. (I)). T h e l o wer c ur ves c orr e s p o n d t o

t h e e x cit ati o n b y C o m pt o n el e ctr o n s of t h e g a m m a r a y s of R a. I n t hi s c a s e

b eff. = 0. 8 4 7.

d e e d e x cit e t h e r a di ati o n. T h e s e v el o citi e s a m o u nt e d t o 0. 8 6 9 a n d 0. 8 4 7

r e s p e cti v el y. T hi s r e s ult i s c o m pl et el y i n a c c o r d wit h t h e hi g h e r e n e r g y of

t h e g a m m a r a y s of T h C ”.

If w e c o n si d e r t h e pi ct u r e n ot i n t h e pl a n e b ut s p ati all y, t h e n t h e r a di ati o n

m u st s p r e a d o ut al o n g t h e s u rf a c e of a c o n e w h o s e a xi s f o r m s t h e p at h of

a n el e ct ri c all y c h a r g e d p a rti cl e w hil e t h e s u rf a c e li n e f o r m s wit h t hi s a xi s

t h e a n gl e Q.

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 3 5

If w e pl a c e t h e p h ot o g r a p hi c pl at e p e r p e n di c ul a rl y t o t h e b e a m of t h e

hi g h- s p e e d p a rti cl e s ( Fi g. 5) w e s h all o bt ai n, i n a d diti o n t o a n i m a g e of t h e

t r a c k of t h e b e a m, al s o a p h ot o g r a p h of t h e r a di ati o n i n t h e f o r m of a ri n g.

T hi s p h ot o g r a p h ( Fi g. 6) w a s o bt ai n e d wit h t h e ai d of a fi n e b e a m of

p r ot o n s i n t h e a c c el e r at o r of t h e U nit e d I n stit ut e f o r N u cl e a r R e s e a r c h at

D u b n a.

U p till n o w, w e h a v e i n o u r c o n si d e r ati o n s a s s u m e d s o m e fi x e d f r e q u e n c y

w. I n r e alit y, h o w e v e r, t h e r a di ati o n s p e ct r u m i s c o nti n u o u s. Si n c e t h e m e-

di u m e x hi bit s di s p e r si o n, i. e. t h e r ef r a cti v e i n d e x i s d e p e n d e nt o n t h e f r e-

q u e n c y, t hi s m e a n s t h at t h e li g ht of diff e r e nt w a v el e n gt h s i s p r o p a g at e d at

a n gl e s w hi c h, e v e n wit h st ri ctl y c o n st a nt v el o cit y of t h e p a rti cl e s, diff e r

s o m e w h at f r o m o n e a n ot h e r.

T h u s t h e r a di ati o n i s b r o k e n u p a s i n s p e ct r al a n al y si s. T h e r a di ati o n c o n e

will c o n s e q u e ntl y s h o w a d efi nit e i nt e n sit y, a n d i n t h e c a s e of a m e di u m

wit h n o r m al di s p e r si o n t h e s p e ct r al r e d will li e i n t h e i n n e r p a rt of t h e c o n e

w hil e t h e vi ol et i s o n t h e o ut si d e.

Fi g. 5. Di a g r a m of e x p e ri m e nt t o o bt ai n p h ot o g r a p h s of t h e c o n e s e cti o n i n t h e pl a n e

of t h e p h ot o g r a p hi c pl at e.

4 3 6 1 9 5 8 P . A . C E R E N K O V

Fi g. 6. P h ot o gr a p h of a s e cti o n of t h e r a di ati o n c o n e o bt ai n e d i n a n e x p eri m e nt ofw hi c h Fi g. 5 i s a di a gr a m. T h e c e ntr al p at c h i s t h e tr a c k of t h e pr ot o n r a y.

[ T h at t hi s i s a ct u all y s o w a s s h o w n b y a p h ot o g r a p h s h o wi n g p a rt of t h e

ri n g i n Fi g. 6 t a k e n wit h a c ol o u r pl at e*.]

T h u s t h e i nt e r p r et ati o n of t h e r a y m e c h a ni s m s u g g e st e d b y T a m m a n d

Fr a n k m a k e s cl e ar, e v e n u n d er q u alit ati v e c o n si d er ati o n, t h e e s p e ci all y c h ar-

a ct e ri sti c p r o p e rti e s of t hi s r a di ati o n, s u c h a s, f o r e x a m pl e, t h e a s y m m et r y,

t h e s h o rt d yi n g- o ut p e ri o d, t h e p r e s e n c e of a n e n e r g eti c t h r e s h ol d a n d t h e

u ni v e r s al c h a r a ct e r of t hi s r a di ati o n. M o r e o v e r t h e st ri ct q u a ntit ati v e t h e o r y

s u p pli e s a n e x p r e s si o n f o r t h e e n e r g y W w hi c h t h e el e ct r o n gi v e s u p d u ri n g

t hi s r a di ati o n. T h e f o r m ul a i s e x p r e s s e d a s f oll o w s:

w h e r e l i s t h e l e n gt h of t h e p at h of t h e el e ct r o n.

* U nf ort u n at el y t h e c ol o ur e d ill u str ati o n c o ul d n ot b e r e pr o d u c e d h er e. T h e r e a d er i sr ef err e d t o Les Pri x N o bel e n 1 9 5 8, o p p o sit e p a g e 9 0.

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 3 7

F r o m t hi s it f oll o w s li k e wi s e t h at t h e e n e r g y of t h e r a di ati o n s p e ct r u m

i s p r o p o rti o n al i. e. t h at it i n c r e a s e s p o w e rf ull y i n t h e di r e cti o n of t h e

s h o rt w a v el e n gt h s.

I n t h e R ö nt g e n fi el d, h o w e v e r, t h e r a di ati o n m u st st o p b e c a u s e i n t hi s

fi el d n < 1 .

Fi n all y it f oll o w s f r o m t h e t h e o r y t h at t h e li g ht m u st e x hi bit a p ol a ri z a-

ti o n, t h e s a m e i n f a ct a s e st a bli s h e d i n t h e fi r st e x p e ri m e nt s; t h e v e ct o r of

t h e el e ct ri c vi b r ati o n s li e s i n t h e pl a n e w hi c h c o nt ai n s t h e r a y a n d t h e di r e c-

ti o n of m o v e m e nt of t h e p a rti cl e s.

T hi s all g o e s t o s h o w t h at t h e t h e o r y i n q u e sti o n c o v e r s e x h a u sti v el y all

t h e p r o p e rti e s of t h e n e w r a di ati o n k n o w n u p t o n o w. T h e d e v el o p m e nt of

t hi s t h e o r y c o m pl et e s a g r e at c y cl e of r e s e a r c h w o r k w hi c h c o v e r s di s c o v e r y,

all- r o u n d e x p e ri m e nt al i n v e sti g ati o n, a n d t h e d e v el o p m e nt of t h e t h e o r eti c al

b a si s of t hi s p h e n o m e n o n w hi c h e st a bli s h e d a n e w b r a n c h of p h y si c s - t h e

o pti c s of r a y s m o vi n g f a st e r t h a n li g ht.

I nt e r e st i n t h e n e w r a di ati o n w a s i n d e e d g r e at, b ut, i n t h e a b s e n c e of s uffi-

ci e ntl y s e n siti v e a n d c o n v e ni e nt m e a s u ri n g d e vi c e s, o nl y a s a m att e r of p ri n-

ci pl e. It s p ot e nti aliti e s f o r p r a cti c al u s e, e s p e ci all y i n e x p e ri m e nt al p h y si c s,

r e m ai n e d u n e x pl oit e d.

I n r e c e nt y e a r s, h o w e v e r, f oll o wi n g t h e d e v el o p m e nt a n d p r o d u cti o n of

p h ot o m ulti pli er s, t h e r a di ati o n fr o m hi g h- s p e e d el e ctri c all y c h ar g e d p arti cl e s

i nt o t h e p h y si c s of hi g h- e n e r g y p a rti cl e s.

Alt h o u g h t h e i nt e n sit y of t h e fl a s h c all e d f o rt h b y a si n gl e p a rti cl e i s

e xt r e m el y l o w it c a n n o w b e m e a s u r e d. F o r m ul a ( 2) s h o w s t h at w h e n

I, t h e n u m b e r of p h ot o n s w hi c h a n el e ct ri c all y c h a r g e d p a rti cl e m o vi n g

i n a m e di u m w h e r e e mit s, a n d w hi c h f all wit hi n t h e vi si bl e p a rt of

t h e s p e ct r u m, will a m o u nt t o 2 0 0- 3 0 0 p h ot o n s p e r c m. If w e c h o o s e t h e

ri g ht f o r m a n d p o siti o n of t h e r a di at o r (i. e. t h e m e di u m i n w hi c h t h e el e c-

t ri c all y c h a r g e d p a rti cl e o c c a si o ni n g t h e r a di ati o n m o v e s) a n i m p o rt a nt p a rt

of t hi s li g ht c a n b e c o n d u ct e d t o t h e c at h o d e of t h e p h ot o m ulti pli e r. A s a

r e s ult of a m ulti pl e i nt e n sifi c ati o n at t h e a n o d e of t h e m ulti pli e r, a c u r r e nt

i m p ul s e a ri s e s w hi c h i s milli o n s of ti m e s st r o n g e r t h a n t h e c u r r e nt w e st a rt e d

wit h. B y m e a n s of a s uit a bl e r a di ot e c h ni c al s c h e m e, t hi s i m p ul s e c a n b e

m ai nt ai n e d a n d t h e p a rti cl e t h u s o b s e r v e d. A d e vi c e f o r t hi s w o ul d b e a

c o u nt e r w hi c h w o ul d m e a s u r e t h e p a rti cl e s b y m e a n s of t h e r a di ati o n p r o-

c e e di n g di r e ctl y f r o m t h e m.

4 3 8 1 9 5 8 P . A .

T hi s ki n d of c o u nt e r i s hi g hl y r e mi ni s c e nt of t h e s o- c all e d s ci ntill ati o n

c o u nt e r. I n t hi s, t h e m e a s u r e m e nt of el e ct ri c all y c h a r g e d p a rti cl e s, w hi c h i s

li k e wi s e d o n e wit h t h e ai d of a p h ot o m ulti pli e r, m a k e s u s e of t h e l u mi n e s-

c e n c e a ri si n g f r o m t h e a b s o r pti o n of e n e r g y f r o m t h e p a rti cl e s i n t h e s ci ntil-

l at o r. B ut c o m p a r e d wit h t h e s ci ntill ati o n c o u nt e r, t hi s o n e h a s m a n y i m-

p ort a nt a d v a nt a g e s :

I. T h e s h o rt d u r ati o n of d yi n g- a w a y p e r mit s t h e d e v el o p m e nt of c o u nt e r s

wit h a v e r y hi g h r e s ol vi n g p o w e r.

2. T h e pr e s e n c e of a n e n er g y t hr e s h ol d m a k e s t hi s t y p e of c o u nt er i n s e n siti v e

t o t h e sl o w p a rti cl e s w h o s e e n e r g y li e s b el o w t h e t h r e s h ol d. T hi s p r o p e rt y

of t h e c o u nt e r s i s e s p e ci all y v al u a bl e i n t h o s e c a s e s w h e r e t h e r e i s a c o n si d-

e r a bl e g a m m a r a di ati o n l e v el.

3. T h e a s y m m et r y of t h e r a di ati o n f a cilit at e s wit h t hi s c o u nt e r t h e m e a s-

u r e m e nt of t h o s e p a rti cl e s w hi c h a r e m o vi n g i n t h e r a di at o r i n t h e di r e cti o n

of t h e c at h o d e of t h e p h ot o m ulti pli e r. P a rti cl e s m o vi n g i n t h e o p p o sit e

di r e cti o n a r e n ot m e a s u r e d b y t h e c o u nt e r. I n ot h e r w o r d s, t hi s t y p e of

c o u nt e r h a s t h e di sti n cti o n of f o c u s si n g o n a d efi nit e di r e cti o n al eff e ct.

Wi n c kl e r 1 4 m a d e u s e of t hi s c h a r a ct e ri sti c of t h e c o u nt e r i n d et e r mi ni n g t h e

« al b e d o » of t h e c o s mi c r a y s i n t h e u p p e r l a y e r s of t h e at m o s p h e r e.

At t h e p r e s e nt ti m e a l a r g e n u m b e r of c o u nt e r s of t hi s s o rt i s d e s c ri b e d i n

t h e w o r k s of J ell e y, M a r s h all, a n d ot h e r a ut h o r s’ s, a n d a r e di sti n g ui s h e d b y

t h ei r o ri gi n al c o n st r u cti o n.

T h e p r a cti c al v al u e of t h e r a di ati o n of hi g h- s p e e d p a rti cl e s d o e s n ot h e

s ol el y i n t h e p o s si bilit y of u si n g it t o d et e ct p a rti cl e s. T h e f ull utili z ati o n of

t h e p e c uli a r p r o p e rti e s of t hi s r a di ati o n ( oft e n i n c o m bi n ati o n wit h ot h e r

m et h o d s) c o n si d e r a bl y e nl a r g e s t h e p o s si biliti e s of p h y si c al e x p e ri m e nt i n

a wi d e r a n g e of c a s e s.

T h u s, f o r e x a m pl e, it i s k n o w n t h at o n e of t h e m o st i m p o rt a nt p a r a m et e r s

of a p a rti cl e - it s m a s s - c a n b e d et e r mi n e d o n t h e b a si s of m e a s u r e m e nt s of

it s m o m e nt u m a n d s p e e d. I n t h e m e a s ur e m e nt of s p e e d s o n e u s u all y c o m e s u p

a g ai n st e x p e ri m e nt al diffi c ulti e s. It i s e vi d e nt wit h o ut m o r e a d o t h at w h e r e

t h e s p e e d of a p a rti cl e i s wit hi n a c e rt ai n r a n g e w h e r e β (t h at f ulfill s t h e

c o n diti o n > I) i s still s uffi ci e ntl y diff e r e nt f r o m I, t h e s p e e d of t h e p a r-

ti cl e, o n t h e b a si s of E q. (I) a n d st a rti n g f r o m t h e m e a s u r e d q u a ntit y Q a n d

t h e k n o w n r ef r a cti v e i n d e x, c a n e a sil y b e c al c ul at e d.

W h e n t h e t y p e of t h e p a rti cl e i s k n o w n, s p e e d m e a s u r e m e nt s e n a bl e u s

F A S T P A R T I C L E R A D I A T I O N A N D E X P E R I M E N T A L P H Y S I C S 4 3 9

t o d et e r mi n e t h ei r e n e r g y al s o. T hi s m et h o d p r o d u c e s p a rti c ul a rl y g o o d r e-

s ult s i n t h e c a s e of e n e r gi e s i n t h e r e gi o n of s e v e r al h u n d r e d M e V ( s e e T a bl e

1). T h e s e e n e r g y m e a s u r e m e nt s a r e a c c u r at e t o 0. 2 5 % 1 6 .

W e h a v e al r e a d y n ot e d t h e f a ct of t h e r a di ati o n h a vi n g a n e n e r g eti c t h r e s-

h ol d r e n d e r s t h e c o u nt e r i n s e n siti v e t o l o w- e n e r g y p a rti cl e s. W e t h u s h a v e

t h e p o s si bilit y of alt e ri n g t h e t h r e s h ol d e n e r g y E o w h e n w e c h o o s e a r a di at o r

wit h a s uit a bl e q u a ntit y n.

It i s cl e a r t h at t w o c o u nt e r s s et at d e g r e e s of t h r e s h ol d e n e r g y a n d

a n d s wit c h e d o n i n t h e p r o p e r s e q u e n c e a c c o r di n g t o t h e s c h e m e of a nti-

c oi n ci d e n c e will o nl y m e a s u r e t h o s e p a rti cl e s w h o s e v el o cit y i s i n t h e r e gi o n

of a n d

A p r o c e d u r e of t hi s ki n d w a s s u c c e s sf ull y e m pl o y e d b y S e r g e a n d hi s

c oll a b o r at o r s i n t h ei r o ut st a n di n g w o r k w hi c h l e d t o t h e di s c o v e r y of t h e

a nti p r ot o n.

A n ot h e r i nt e r e sti n g fi el d of a p pli c ati o n of t h e p r o p e rti e s of t h e r a y s h a d

b e e n f o u n d i n t h ei r u s e f o r i n v e sti g ati n g b ot h s h o w e r s of c o s mi c r a y s. I n

t h e i n v e sti g ati o n of t h e s e s h o w e r s wit h t h e ai d of d e vi c e s wit h o r di n a r y

c o u nt er s, at a c ert ai n altit u d e o nl y t h o s e p arti cl e s ar e m e a s ur e d w hi c h ar e r e-

m ot el y « d e s c e n d e d » fr o m t h e pri m ar y p arti cl e. T h e d e vi c e s di d n ot m e a s ur e

all t h e ot h er p arti cl e s w hi c h h a d e m er g e d d uri n g t h e pr e vi o u s d e v el o p m e nt al

st a g e s of t h e s h o w er a n d h a d alr e a d y di s a p p e ar e d. B ut si n c e t h e s h o w er p ar-

ti cl e s p o s s e s s gi g a nti c e n e r gi e s t h e y h a v e t h e p o w e r of p r o d u ci n g i n t h e ai r

a r a di ati o n of t h e t y p e i n q u e sti o n w hi c h i n p r a cti c e p r o p a g at e s it s elf i n t h e

s a m e di r e cti o n. U n d e r f a v o u r a bl e c o n diti o n s t hi s r a di ati o n r e a c h e s t h e s u r-

f a c e of t h e e a rt h a n d c a n b e m e a s u r e d b y a p h ot o m ulti pli e r. T hi s m et h o d

p r o c u r e s a m o r e c o m pl et e pi ct u r e of t h e s h o w e r a n d p e r mit s v al u a bl e k n o w-

l e d g e of it s d e v el o p m e nt al p r o c e s s t o b e o bt ai n e d.

T h e di st ri b uti o n i n t h e p ri m a r y c o s mi c r a di ati o n ( o ut si d e t h e at m o s p h e r e)

of n u cl ei h e a vi e r t h a n h y d r o g e n n u cl ei i s of g r e at i m p o rt a n c e i n c o s m ol o g y.

I n v e sti g ati o n s i nt o t hi s ar e at pr e s e nt b ei n g c arri e d o ut vi a t h e s p ut ni k s. T h e s e

e n q ui ri e s a r e b a s e d o n t h e f a ct t h at t h e i nt e n sit y of t h e r a di ati o n of p a rti cl e s

t r a v elli n g at a v el o cit y g r e at e r t h a n t h at of li g ht i s p r o p o rti o n al t o t h e s q u a r e

of t h e c h a r g e of t h e p a rti cl e. H e n c e, t h e i m p ul s e s c o mi n g f r o m p a rti cl e s

v a ri o u sl y c h a r g e d, a n d r e gi st e r e d b y t h e c o u nt e r, diff e r a c c o r di n g t o t h e

a m plit u d e s. A n al y si s of t h e di stri b uti o n of a m plit u d e s will all o w u s t o o bt ai n

i nf o r m ati o n a b o ut t h e di st ri b uti o n of h e a v y p a rti cl e s i n t h e c o s mi c r a di ati o n

a c c o r di n g t o t h ei r o r di n al s.

T h e l a st s u bj e ct I w o ul d li k e t o m e nti o n i s t h e u s e of t h e r a di ati o n of hi g h-

4 4 0 1 9 5 8

s p e e d p a rti cl e s f o r t h e p u r p o s e of m e a s u ri n g t h ei r e n e r g y, if t hi s e n e r g y i s

f ai rl y hi g h. H e r e, t h e m e a s u r e m e nt of p a rti cl e e n e r g y o n t h e b a si s of d efl e c-

ti o n i n t h e m a g n eti c fi el d i s n o l o n g e r p o s si bl e. B ut w e c a n att e m pt t o d et e r-

mi n e it b y m e a s u ri n g t h e t ot al e n e r g y w hi c h t h e p a rti cl e gi v e s u p t o t h e

r a di ati o n of t h e t y p e m e nti o n e d. F o r t hi s p u r p o s e hi g hl y t r a n s p a r e nt, d e n s e

r a di at o r s m u st b e u s e d w hi c h a r e s uffi ci e ntl y st r o n g, a n d all o w a c o m pl et e

d e v el o p m e nt of t h e s h o w e r s.

I n t hi s c a s e w at e r p r o v e s t o b e a s uit a bl e r a di at o r. I n t h e I n stit ut e of

P h y si c s i n t h e A c a d e m y of S ci e n c e s of t h e U. S. S. R. a d e vi c e i s b ei n g c o n-

st r u ct e d f o r m e a s u ri n g t h e e n e r g y of c o s mi c p a rti cl e s b y t hi s m et h o d.

T h e e x a m pl e s s et f o rt h s h o w t h e g r e at i m p o rt a n c e w hi c h t h e r a di ati o n

c a u s e d b y p a rti cl e s m o vi n g at a s p e e d g r e at e r t h a n t h at of li g ht h a s a c q ui r e d

i n e x p e ri m e nt al p h y si c s.

E v e n s o, w e h a v e n ot b y a l o n g w a y e x h a u st e d all t h e p o s si biliti e s f or t h eir

p r a cti c al u s e. T h e r e c a n b e n o d o u bt t h at t h e u s ef ul n e s s of t hi s r a di ati o n will

i n t h e f ut u r e b e r a pi dl y e xt e n d e d.

1 . P. A. D o kl. A k a d. N a u k S S S R, 2 ( 1 9 3 4) 4 5 1.

2 . S. I. V a vil o v, D o kl. A k a d. N a u k S S S R, 2 ( 1 9 3 4) 4 5 7.

3. S. I. V a vil o v a n d L. A. T u m e r m a n n, Z. P h y si k, 5 4 ( 1 9 2 9) 2 7 0.

4. Z. S. N e w c o m e r, J. A m. C h e m. S o c., 4 2 ( 1 9 2 0) 1 9 9 7.

5. Z. F r e n z el a n d Z. S c h ult e s, Z. P h ysi k. C he m., B 2 7 ( 1 9 3 4) 4 2 1.

6. E v e C u ri e, M a d a me C urie, L o n d o n, 1 9 4 1.

7. M. L. M all et, C o m pt. Re n d., 1 8 3 ( 1 9 2 6) 2 7 4; 1 8 7 ( 1 9 2 8) 2 2 2; 1 8 8 ( 1 9 2 9) 4 4 5.

8. E. M. B r u m b e r g a n d S. I. V a vil o v, I z vest. A k a d. N a u k. O me n, S e r. 7 ( 1 9 3 3) 9 1 9.

9. P. A. D o kl. A k a d. N a u k S S S R, 3 ( 1 9 3 6) 4 1 3.

1 0. P. A. D o kl. A k a d. N a u k S S S R, 1 4 ( 1 9 3 7) 9 9.

1 1. I. E. T a m m a n d I. M. F r a n k, D o kl. A k a d. N a u k S S S R, 1 4 ( 1 9 3 7) 1 0 7.

1 2. L o r d K el vi n, Ni n et e e nt h C e nt u r y, Cl o u d s o v e r D y n a mi c al T h e o r y of H e at a n d

Li g ht, P hil. M a g., J ul y ( 1 9 0 1).

1 3. A. S o m m e rf el d, G ötti n g e n N a c h r., 9 9 ( 1 9 0 4) 3 6 3 ; ( 1 9 0 5) 2 0 1.

1 4. J. Wi n c kl e r, P h y s. R e v., 8 5 ( 1 9 5 2) 1 0 5 4.

1 5. J. V. J ell e y, R a di ati o n a n d its A p pli c ati o ns, P e r g a m o n P r e s s, 1 9 5 8.

1 6. R. L. M at h e r, P h y s. R e v., 8 4 ( 1 9 5 1) 1 8 1.